Si alguna vez ha hecho una grulla de papel de origami, utilizando pliegues y pliegues para transformar una pieza cuadrada de papel artesanal en el delicado pájaro de cuello largo, puede parecer extraño que esas mismas técnicas de plegado se utilicen para desarrollar estructuras utilizadas en uno de las áreas más avanzadas de la tecnología moderna:misiones espaciales.

Sin embargo, los ingenieros aeroespaciales han recurrido al arte milenario del origami para resolver un enigma serio:¿cómo encajan estructuras masivas, como escudos que pueden bloquear la luz de las estrellas y velas que pueden ayudar a impulsar naves espaciales, en los cohetes significativamente más pequeños que llevan estas estructuras al espacio? Si bien los tamaños de cada una de estas estructuras varían, imagínate tratando de colocar una sombrilla de playa con un diámetro de 28 metros (aproximadamente la longitud de una cancha de baloncesto) en una minivan.

Descubrir la respuesta a esta pregunta es fundamental para permitir futuras misiones espaciales que algún día buscarán exoplanetas similares a la Tierra y naves espaciales que medirán mejor el sistema terrestre utilizando sensores remotos de radar. Y a la vanguardia del uso de los principios del origami para descubrir posibles soluciones a este problema está la ingeniera aeroespacial Manan Arya.

"Cuando hablamos de grandes estructuras en forma de lámina, cosas como paneles solares o reflectores de antena para naves espaciales, se ven como láminas de material grandes y delgadas", dice Arya, quien dirige el Laboratorio de Estructuras Espaciales Morphing de Stanford. "Así que es algo natural pensar, 'oh, ponemos pliegues, ponemos pliegues en todas partes'".

Los matemáticos y los físicos se han sentido cada vez más intrigados por el origami en los últimos 30 años, dice Arya, especialmente por comprender la mecánica del plegado de materiales delgados en forma de lámina. Origami, explica Arya, plantea muchas preguntas y problemas sobre geometría, patrones de plegado y la mecánica de plegado y arrugado de materiales similares a hojas como el papel. "Varios de estos problemas han sido abordados por matemáticos y físicos, y varios de estos atractivos problemas están sin resolver".

No son los únicos que han experimentado el encanto del origami. "En los últimos 20 años más o menos", dice, "ha habido cada vez más ingenieros que han tomado todo este tipo de ideas matemáticas y físicas y las han adaptado para usarlas en la fabricación de productos".

Arya comenzó en este campo como estudiante universitario en la Universidad de Toronto mientras trabajaba con velas solares, que son velas muy delgadas que usan la radiación del sol para impulsar pequeñas naves espaciales, liberándolas de la necesidad de llevar propulsor pesado. Para capturar la mayor cantidad de radiación posible, estas velas solares son enormes, de hasta 20 por 20 metros, mientras que la nave espacial en sí es del tamaño de una barra de pan. "Muy rápidamente, me desvié hacia el problema de cómo se empaquetan estas velas en la nave espacial". dice Aria. "Terminó siendo un problema bastante interesante en términos de cómo empaquetamos eso, cómo lo doblamos, y así es como me metí en el origami".

Arya se graduó de la Universidad de Toronto en 2011 y recibió su Ph.D. en 2016 de Caltech. Antes de llegar a Stanford a principios de este año, trajo su interés por el origami al Laboratorio de Propulsión a Chorro de Caltech. Mientras estuvo allí, diseñó y probó esquemas de plegado inspirados en el origami para ayudar a resolver un desafío importante en la ingeniería aeroespacial:la búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra.

La búsqueda de tales exoplanetas es un área crítica de exploración dentro de la NASA, pero tratar de encontrar estos planetas, dice Arya, es "como tratar de tomar una foto de una luciérnaga que se cierne junto a un reflector". Las estrellas alrededor de las cuales orbitan estos exoplanetas son entre 1000 y 10000 millones de veces más brillantes que el propio planeta, por lo que incluso los telescopios más potentes tienen dificultades para captar su brillo relativamente tenue. (Según Arya, si haces los cálculos, tomar una foto de la luciérnaga es mil veces más fácil).

Una posible solución a este desafío es crear un dispositivo llamado pantalla estelar, que es esencialmente un disco grande que crea una especie de eclipse artificial que puede suprimir la luz de las estrellas en un factor de 10 mil millones, lo que permite a los científicos finalmente ver los exoplanetas que están buscando. . El modelo de Arya para un starshade es dorado brillante y reflectante, con una espiral que se despliega como una flor en flor. Cuando está completamente desplegada, la pantalla estelar de Arya tiene 26 metros de diámetro, aproximadamente la longitud de una cancha de baloncesto, y ha sido diseñada para caber en un cilindro de aproximadamente 2 metros de alto y 2,5 metros de diámetro.

Pero a pesar de lo elegante y visualmente impactante que es, dice que aún no está listo para ser implementado. "Starshade no va a volar en su versión actual. Todavía estamos en desarrollo tecnológico", dice Arya. Esto se debe a que, explica, la NASA desea que las nuevas tecnologías estén en un cierto Nivel de preparación tecnológica, o TRL, antes de que se incorporen a las misiones espaciales. Starshade está entre TRL4 y TRL5, lo que significa que necesita más pruebas y análisis antes de llegar a TRL6, que es cuando la NASA comienza a prepararse para una misión espacial.

Más recientemente, Arya se ha interesado por el origami que no comienza con lo que es esencialmente una simple hoja plana de papel, sino algo más parecido a doblar un enorme trozo de col rizada. "Tiene volantes, tiene toda esta corrugación; nunca puedes aplanar ese trozo de col rizada", explica Arya. Las ondulaciones agregan fuerza y ​​estabilidad a las estructuras de las naves espaciales, lo que les permite asumir funciones adicionales, como soportar cargas, que no son posibles con materiales delgados similares a láminas. Para Arya, esto presenta un nuevo conjunto de desafíos:¿Cómo tomas las reglas del origami, que se desarrollaron para hojas de papel planas, y las aplicas a cosas que no son planas?

Entre los puristas del origami, esto puede parecer demasiado. Los aficionados tradicionales del arte tienen la expectativa de que cada patrón de origami comience con una sola hoja de papel, sin cortes, sin pegar varias hojas de papel juntas. Pero a medida que Arya entra en el reino de empaquetar estructuras espaciales similares a la col rizada, sabe que tendrá que romper esta regla cardinal. "Somos ingenieros, ¿verdad? Podemos hacer cortes. Podemos pegar más papel o apilar varias hojas de papel juntas. Y eso da lugar a comportamientos interesantes, mecánicas interesantes que son útiles para los ingenieros".

De hecho, a medida que las reglas se doblan y se rompen, se expande el número de soluciones para transformar las estructuras espaciales. "El espacio de diseño", dice Arya, "es ilimitado". + Explora más

Los ingenieros exploran el origami para crear una nave espacial plegable